Фаза, ноль и земля – что это такое?
Электрическая энергия, которой мы пользуемся, вырабатывается генераторами переменного тока на электростанциях. Их вращает энергия сжигаемого топлива (угля, газа) на ТЭС, падающей воды на ГЭС или ядерного распада на АЭС. До нас электричество добирается через сотни километров линий электропередач, претерпевая по дороге преобразования с одной величины напряжения в другую. От трансформаторной подстанции оно приходит в распределительные щитки подъездов и далее – в квартиру. Или по линии распределяется между частными домами поселка или деревни.
Разберемся, откуда берутся понятия «фаза», «ноль» и «земля». Выходной элемент подстанции — понижающий трансформатор, с его обмоток низкого напряжения идет питание потребителю. Обмотки соединяются в звезду внутри трансформатора, общая точка которой (нейтраль) заземляется на трансформаторной подстанции. Отдельным проводником она идет к потребителю. Идут к нему и проводники трех выводов других концов обмоток. Эти три проводника называются «фазами» (L1, L2, L3), а общий проводник – нулем (PEN).
Поскольку нулевой проводник заземлен, то такая система называется «системой с глухозаземленной нейтралью». Проводник PEN называется совмещенным нулевым проводником. До выхода в свет 7-го издания ПУЭ ноль в таком виде доходил до потребителя, что создавало неудобства при заземлении корпусов электрооборудования. Для этого их соединяли с нулем, и это называлось занулением. Но через ноль шел и рабочий ток, и его потенциал не всегда равнялся нулю, что создавало риск поражения электрическим током.
Теперь из вновь вводимых трансформаторных подстанций выходят два нулевых проводника: нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (РЕ). Функции их разделены: по рабочему протекает ток нагрузки, а защитный соединяет подлежащие заземлению токопроводящие части с контуром заземления подстанции. На отходящих от нее линиях электропередачи нулевой защитный проводник дополнительно соединяют с контуром повторного заземления опор, содержащих элементы защиты от перенапряжений. При вводе в дом его соединяют с контуром заземления.
Напряжения и токи нагрузки в системе с глухозаземленной нейтралью
Напряжение между фазами трехфазной системы называют линейным, а между фазой и рабочим нулем – фазным. Номинальные фазные напряжения равны 220 В, а линейные – 380 В. Провода или кабели, содержащие в себе все три фазы, рабочий и защитный ноль, проходят по этажным щиткам многоквартирного дома. В сельской местности они расходятся по поселку при помощи самонесущего изолированного провода (СИП). Если линия содержит четыре алюминиевых провода на изоляторах, значит, используются три фазы и PEN. Разделение на N и РЕ в таком случае выполняется для каждого дома индивидуально во вводном щитке.
К каждому потребителю в квартиру приходит одна фаза, рабочий и защитный ноль. Потребители дома распределяются по фазам равномерно, чтобы нагрузка была одинаковой. Но на практике этого не получается: невозможно предугадать, какую мощность будет потреблять каждый абонент. Так как токи нагрузки в разных фазах трансформатора не одинаковы, то происходит явление, называемое «смещением нейтрали». Между «землей» и нулевым проводником у потребителя появляется разность потенциалов. Она увеличивается, если сечения проводника недостаточно или его контакт с выводом нейтрали трансформатора ухудшается. При прекращении связи с нейтралью происходит авария: в максимально нагруженных фазах напряжение стремится к нулю. В ненагруженных фазах напряжение становится близким к 380 В, и все оборудование выходит из строя.
В случае, когда в такую ситуацию попадает проводник PEN, под напряжением оказываются все зануленные корпуса щитов и электроприборов. Прикосновение к ним опасно для жизни. Разделение функции защитного и рабочего проводника позволяет избежать поражения электрическим током в такой ситуации.
Как распознать фазные и защитные проводники
Фазные проводники несут в себе потенциал относительно земли, равный 220 В (фазному напряжению). Прикосновение к ним опасно для жизни. Но на этом основан способ их распознавания. Для этого применяется прибор, называемый однополюсным указателем напряжения или индикатором. Внутри него расположены последовательно соединенные лампочка и резистор. При прикосновении к «фазе» индикатором ток протекает через него и тело человека в землю. Лампочка светится. Сопротивление резистора и порог зажигания лампочки подобраны так, чтобы ток был за гранью чувствительности человеческого организма и им не ощущался.
| 1 | корпус |
| 2 | разъемное соединение |
| 3 | пружина |
| 4 | индикаторная неоновая лампа |
| 5 | контакт для прикосновения |
| 6 | изолированная часть |
| 7 | резистор |
Распознать фазные проводники можно по их расцветке, для них используются черный, серый, коричневый, белый или красный цвет. Сложнее всего со старыми электрощитами: в них проводники одного цвета. Но «фазу» с помощью индикатора определить можно всегда и без ошибок.
Нулевой рабочий проводник – синего (голубого) цвета, защитный маркируется желто-зелеными полосами. Напряжение на них отсутствует, но лучше без нужды их не касаться. Есть у электриков такой закон: если сейчас напряжения нет, то оно может появиться в любой момент.
Что такое фаза, ноль и земля: объясняем простым языком
Электричество пришло в наши дома более 100 лет назад, принеся с собой такие привычные слуху термины, такие как фаза, ноль и земля. Но слышать и понимать, что это такое — совсем разные вещи. Разбираемся, как применять эти понятия на практике.
Электрический ток — как это работает?
Из школьного курса физики каждому известно, что электрический ток может быть постоянным и переменным. К бытовым розеткам жилых помещений подведен переменный ток с напряжением 220 В.
Электрическая схема представляет собой систему потребителей тока, подключенных к источнику питания в двух точках при помощи проводника. По одному проводнику ток подается на приборы, а по другому — возвращается обратно. Тот проводник, по которому приходит питание, называется фазой, а отводящий — нулем. Заземление представляет собой защитный проводник, который служит для аварийного отведения напряжения.
- Фаза — проводник, по которому подается ток.
- Ноль — отводящий проводник, который выравнивает напряжение.
- Земля — заземление, проводник, который не находится под напряжением и служит для аварийных ситуаций.
Если сравнивать наглядно, то представим себе бак, в который по одной трубе подается вода для наполнения, а по второй — отводится при наполнении до краев. Подающая труба сравнима с фазой, отводящая — с нулем, а бак — с прибором-потребителем. В случае неполадок с отводящей трубой бак будет продолжать переполняться, и в итоге его разорвет. Чтобы этого не случилось, в баке предусматривают третью трубу, которая аварийно отводит излишки воды в специальный резервуар. Третья труба, в данном случае, будет выполнять функцию заземления.
Фаза, ноль и земля в электроснабжении
Электропитание к потребителям поступает от трансформаторной подстанции и подается на электрощит, от которого распределяется между потребителями. В многоквартирном доме это обычно подъездный щит, от которого питание отводится на квартирные щитки. Как устроена эта система?
Трансформатор подстанции получает ток напряжением 380 В. От его обмоток, соединенных звездой, отводятся 3 фазы, поступающие на щит. Общий ноль подключен в точку соединения обмоток, где он подключается к заземляющему контуру и расщепляется на рабочий ноль и защитный PE проводник (землю).
Все современные многоквартирные дома подключаются к электросети именно по такой, пятипроводной схеме, которая обозначается TN-S. Старые советские постройки могут быть подключены по системе глухого заземления, где функции земли выполняет нулевой проводник. Заземление выводилось с трансформатора и со щитка, а в кабеле не было предусмотрено заземляющей жилы.
По умолчанию считается, что величина напряжения во всех трех фазах, поступающих на подъездный щит, примерно одинаковая. По факту объем нагрузки, зависящей от количества потребителей и их мощности, в каждой фазе может быть очень разным. За счет этого возникает разность потенциалов нулевой и заземляющей жил. Малое сечение нуля еще больше усугубляет эту разность, вплоть до потери связи с нулем.
Результатом становятся аварийные ситуации, когда в перегруженных линиях напряжение падает до минимума, а в остальных — поднимается до значений 380 В. Именно поэтому разделение нулевого и заземляющего провода важно для надежной работы электрической сети и безопасности людей.
Как определить фазу и ноль при проведении квартирных электромонтажных работ
При монтаже розеток, выключателей и других элементов домашней сети питания используются индикаторы — специальные отвертки, определяющие токоподающую жилу.
Индикаторы могут быть 2 типов:
- Простой китайский индикатор, состоящий из наконечника, контактной площадки, ограничительного сопротивления и неоновой лампы внутри рукоятки. Принцип действия заключается в создании электрической цепи с использованием человеческого тела в качестве нуля при прикосновении к фазному проводу. Мастер прикасается наконечником к жиле, а пальцем — к площадке с торца рукоятки, замыкая цепь. Ток проходит через понижающее сопротивление, становится безопасным для человека и активирует лампу. Лампочка загорается — это указывает на фазу. Если лампочка не горит — значит, жила нулевая.
- Многофункциональный профессиональный индикатор. Его схема построена на транзисторе, запитанном от 3-вольтовых батареек. Контактная площадка в таких отвертках отсутствует, поэтому такой индикатор считается более надежным и безопасным. При прикосновении к фазной жиле светодиод начинает светиться.
Важно не прикасаться руками к наконечнику и оголенной ножке отвертки, чтобы не получить удар током.
Если заземляющая жила подключена, то определить фазу и ноль можно при помощи вольтметра (мультиметра) — многофункционального измерительного прибора. При установке контактов вольтметра на фазу, ноль и землю поочередно, прибор покажет:
- между фазой и нулем — 220 В;
- между нулем и землей — 0 В;
- между землей и фазой — 220 В.
Для розеток, установленных в домах старой постройки, этот способ достаточно сомнительный, так как земляная жила в таких схемах не подключена. Даже с фазой она покажет 0 В.
Как маркируются кабельные жилы и почему
Согласно требованиям ГОСТов, трехжильная квартирная проводка имеет следующую маркировку жил:
- фаза — коричневый (черный);
- рабочий ноль — голубой (синий);
- заземление (защитный ноль) — желто-зеленый.
Если используется кабель с другими цветами, следует в местах соединений сделать маркирующие отметки при помощи кембриков или термоусадки, окрашенных в соответствующие стандартам цвета.
Трехфазные кабели, входящие в щитовую, могут маркироваться по современным и старым советским стандартам.
Старая маркировка, действовавшая в качестве стандарта до 2011 года, предусматривает обозначение фаз желтым, зеленым и красным цветами, а нуля — синим цветом. Защитное заземление маркируется желто-зеленым цветом, а рабочее заземление, выполняющее одновременно функции нуля и земли — сочетанием голубой изоляции с желто-зеленой меткой на конце или наоборот.
По новому ГОСТу фазные жилы должны обозначаться серым, коричневым и черным цветами.
При проведении любых работ с электрической проводкой необходимо предварительно обесточить сеть. Беспечное обращение с электричеством грозит риском для здоровья и жизни!
Читайте также:
- 220 или 230 вольт: каким должно быть напряжение в сети
- Какие полипропиленовые трубы лучше: изучаем особенности
Откуда появляется ноль в трансформаторе
Кроме фазных контактов в трансформаторе существует ноль, выполняющий роль нейтрали и начала, служащего исходной точкой для измерения характеристик напряжения. Рассмотрим, откуда берётся ноль в трансформаторе и его функции.
Понятие нуля в трансформаторе
Вырабатываемая на электростанциях электроэнергия изначально подаётся на ближайшие распределительные подстанции по высоковольтным линиям. Для снижения величины напряжения до используемой в технике 380 В задействуются понижающие трансформаторы.
Для этого применяются трёхфазные трансформаторы, в которых ток направляется на первичные катушки, каждая из которых включает 3 фазные обмотки. Таким образом преобразователь состоит из 6 обмоток на входе и 12 – на выводе.
Фазные контакты в трёхфазном трансформаторе могут соединяться по схеме:
- звёзды;
- звёзды с нулевым контактом;
- треугольника.
Нулём в трансформаторе называют соединение фазных контактов. Ноль существует только у трёхфазных агрегатов.
Откуда берётся
Важно понимать, откуда берётся нулевой провод в данном агрегате. Его получают при соединении обмоток в одну точку. Таким способом формируется нейтраль, заземляемая для снижения напряжения в проводниках.
Чтобы обеспечить подвод нулевой фазы к потребителям, от указанного места контакта выполняется отвод, который подаётся на линию, наряду с фазными и заземляющими проводниками.
Различают следующие виды нулевого провода:
- Изолированный – который не соединяется с заземляющим контактом в распределительной коробке.
- Глухозаземленный – соединяемый с заземлением.
Для старых домов характерно выполнение заземления нулевого провода. Распределительный щиток зануляется, но не подсоединяется к земле. По новым стандартам заземление с нулём разделены. Напряжение подаётся по фазе, а ноль соединяется с нейтральным контактом на распределительной подстанции.
Щитки оборудуются отдельными шинами для подсоединения фазного, нулевого и заземляющего контактов.
Функции
В идеальной ситуации ноль должен выполнять функции проводника, обеспечивая замыкание электрической цепи. Но фактически нередко напряжение по фазам значительно отличается.
Также читайте: Сколько ватт в одном киловатте
При возрастании мощности в одной из фаз происходит снижение силы тока и смещение нуля, с образованием напряжения смещения. Данная характеристика прямо пропорциональна разнице фазного напряжения. В результате отдельным потребителям подаётся напряжение с повышенным, а другим – с пониженным вольтажом.
Назначение нулевого провода состоит в выравнивании напряжения между фазами, чтобы потребителям подавался ток со стандартными характеристиками.
Если для одной фазы вольтаж возрастает, избыток через ноль на подстанции переходит на другую фазу, выравнивая показатели.
Системы подачи напряжения
Различают следующие системы подачи напряжения, предусматривающие наличие различных выводов:
- с глухозаземлённой нейтралью – когда подаются 3 фазных провода и один заземлённый нулевой, получаемый от их соединения и заземления на подстанции;
- с двумя нулевыми проводниками – в данной схеме, кроме рабочего нулевого, предусмотрено наличие нулевого защитного провода с разделёнными функциями.
Последняя из приведённых схем обязательна после изменения положений действующего ПУЭ. Таким способом обеспечивается безопасность при выполнении зануления корпусов электрооборудования (соединения их с нулевым проводом).
При первой из приведённых схем, через нулевой провод мог проходить ток. Поэтому подобная мера приводила к высокому риск поражения персонала электрическим током.
Если разделить функции рабочего и защитного нулевого проводов, как регламентируется современными стандартами, нагрузочный ток проходит только по первому из них. Второй предназначен для соединения контактов от корпусов оборудования на заземляющий контур. При подводе к каждому доку, такой проводник подключается к отдельному заземляющему контуру, что обеспечивает дополнительную безопасность.
Рядовому потребителю важно правильно понимать возникновение фазы и нуля при подаче напряжения. Особенно возрастает необходимость повышения начального уровня грамотности в вопросах электротехники, если рядовые потребители дополнительно устанавливают индивидуальные трансформаторы для выравнивания характеристик электрического тока, подаваемого к дому. Это требуется для правильного подключения оборудования и обеспечения безопасной его эксплуатации.
Откуда берется ноль (нейтраль) в трансформаторе ?
Вопрос-ответ
Автор Роман На чтение 4 мин Опубликовано 23.12.2018
В электрике ноль (нейтраль) — это точка, начало, от которого начинаются измерения напряжения фаз. В нулевом проводе трехфазной сети ток равен сумме токов фаз. Между каждой фазой и нулем напряжение 220 В, между фазами – 380 В.
На трехфазные линии электропередачи ток подается из трансформаторов. Возникает вопрос: откуда берется ноль в трансформаторе? Физически это точка, в которой «в звезду» соединяются концы нескольких обмоток трехфазного трансформатора.
Ноль присутствует только в трехфазном трансформаторе.
Понятия нулевой точки в трехфазном трансформаторе
Электроэнергия из ГЭС или ТЭС для снижения напряжения до 380 В подается на трехфазный трансформатор подстанции. Из линии электропередачи ток поступает на входные трехфазные катушки (на каждую с отдельного провода трехфазной сети). Каждая катушка состоит из 3-х фазных обмоток. То есть, у преобразователя 6 обмоток и 12 выводов. На выходные трехфазные катушки электроэнергия подается при помощи электромагнитной индукции.
Трехфазный преобразователь условно можно разделить на 3 однофазных, если взять по одному фазному проводу и каждого присоединить к нулю.
В трехфазном преобразователе концы обмоток катушек можно соединять:
- «звездой» (Y);
- «звездой» с нулем (Y0);
- треугольником (Δ).
Самый экономичный первый вариант, так как позволяет рассчитывать изоляцию по фазному напряжению.
Но откуда берется 0 в трансформаторе? Он появляется, если концы одной или обеих обмоток соединены в «звезду» в одной точке. На подстанции образуется нейтраль, которая там же и заземляется, чтобы снизить напряжение проводов. Начала обмоток подключаются к сети фазными проводами.
Но для подключения к линии электропередачи нужна не точка, а отвод, поэтому требуется ответ на вопрос: откуда берется нулевой провод в трансформаторе? Это вывод с нулевой точки (центра «звезды»), который подводится к потребителям вместе с фазными проводами и заземлением.
Нулевой провод бывает:
- изолированный (без соединения с шиной заземления в распределительном шкафу);
- не изолированный (соединенный с шиной заземления в распределительном шкафу).
В старых домах нулевой провод заземлен, то есть, щиток занулен, но с землей не соединен. В новых постройках ноль и заземление разделяются. Ток проходит по фазному проводу, ноль соединен с нейтралью на подстанции. В щитках для подключения фазных проводов, нуля и заземления предусмотрены отдельные шины.
Функции ноля в линии электропередачи
В идеале при соединении обмоток «звездой» нулевой провод является проводником при соединении обмоток преобразователя и потребителей.
На практике нагрузка в сети редко бывает одинаковой на все фазы. Так как мощность преобразователя ограничена, при повышении нагрузки в какой-то фазе в ней сила тока падает, ноль смещается, образуется напряжение смещения. Этот показатель прямо пропорционален разнице в вольтаже между фазами. Часть потребителей получает повышенное напряжение, часть – пониженное.
Основное предназначение нулевого провода – сравнять силу тока в нейтрали на преобразователе подстанции с силой тока в нулевой точке потребителей.
При повышении силы тока в одной фазе оно возвращается в нулевую точку и перераспределяется на фазы с пониженным вольтажом.
В однофазной сети, используемой в жилых домах, требуется фаза и ноль. Нулевой провод уже заземлен, напряжения на нем нет.
Определение ноля трансформатора
Определять нейтраль в промышленных трансформаторах нужно, если проводится их параллельное подключение друг к другу. Этот процесс называется фазировкой. Ее цель – установить совпадение по фазе преобразователя и сети или двух преобразователей. Суть фазировки – поиск выводов, между которыми напряжение нулевое.
Обмотки до 0,4 кВ проверяются вольтметром, для 10 кВ требуется указатель напряжения, от 10 кВ – измерительный трансформатор.
В городской квартире не нужно знать, как же определить ноль на трансформаторе, так как ток в сети переменный. На выводах местоположение фазы и ноля зависит от направления обмоток, поэтому меняется с изменением способа подключения. При необходимости определить ноль на работающем оборудовании нужно прикоснуться к выводам индикаторной отверткой. На выводе нулевого провода напряжения нет.
Если прибор показывает, что фазы нет, это не значит, что есть ноль. Необходимо проверить все возможные варианты.
Во многих регионах напряжение в электросети нестабильное. Многие владельцы частных домов устанавливают индивидуальные трансформаторы. Широко применяются так же мини-преобразователи, понижающие напряжение до 10-20 В. Они защищают от поражения током, экономят электроэнергию, продлевают срок эксплуатации бытовых приборов. При их подключении желательно знать, откуда берется нейтраль и как подключается к сети.